數(shù)字化智慧管廊運維平臺研究與應用

　　摘要：文章以江南中心綠道武九線綜合管廊工程為依托，結合物聯(lián)網(wǎng)、智能識別、大數(shù)據(jù)分析、深度學習、異構運算、可視化等先進信息化技術，以智慧化、人性化、便捷物聯(lián)、高度信息安全為思路，建立了數(shù)字化智慧管廊運維平臺。平臺采用了BIM+GIS融合應用、機器人自動巡檢、高精度無線定位等先進技術，建立了可視化管理、人員管理、管廊信息管理、安全監(jiān)測與報警等子系統(tǒng)，為實現(xiàn)綜合管廊安全、高效的運行提供了保障。

　　關鍵詞：綜合管廊;BIM+GIS;自動巡檢;無線定位;安全監(jiān)測與報警

　　0 引言

　　隨著綜合管廊建設的推進，全國各中大型城市積極投入到綜合管廊的建設中，城市管廊規(guī)模越來越龐大[1]。綜合管廊空間斷面設計復雜，納入管線種類多，在運營過程中具有施工組織復雜、工程量大、項目工程管理難度大等特點，在工程進度、成本、安全、質(zhì)量等綜合管理方面均存在困難，傳統(tǒng)管理模式已無法滿足綜合管廊快速發(fā)展的需求[2]。因此需要建立有效的機制和手段來進行管理。

　　近年來，隨著國家政策的引導，廣大專家學者積極投入到綜合管廊運維管理研究中來，形成了一系列的綜合管廊信息化管理手段。畢天平等[3]通過機器人巡檢技術，百度地圖定位方法等建立了一體化的管廊運維平臺，并在沈陽市南運河管廊進行了應用。楊黨鋒等[4]以某項目為依托，采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術，建立了綜合管廊運維管理系統(tǒng)。紀蓉等[5]提出了綜合管廊運維一體化建設方案，并實現(xiàn)了BIM全生命周期應用。劉學功[6]通過對智慧管廊運營系統(tǒng)進行研究，結合其特點進行分析，對機器人巡檢技術在管廊中的應用進行了初步研究。張立新等[7]根據(jù)綜合管廊全生命周期的管控要求，對BIM技術在管廊中的全生命周期的應用進行了研究。

　　智慧化、信息化管理是綜合管廊運維管理的重要發(fā)展方向，是實現(xiàn)智慧城市、智慧市政的主要手段。本文以江南中心綠道武九線綜合管廊工程為依托，進行了能實現(xiàn)精確定位、安全保障、監(jiān)測預警減災、日常巡檢巡查、物業(yè)管理、應急處置等功能的數(shù)字化智慧管廊運維平臺研究。

　　1 研究背景

　　1.1 項目概況

　　江南中心綠道武九鐵路北環(huán)線綜合管廊工程(友誼大道～建設十路)位武漢市武昌區(qū)、青山區(qū)、洪山區(qū)，包括主線和支線。主線管廊沿武九鐵路北環(huán)線控制廊道布置，起于友誼大道，止于建設十路，全長約13.24公里。支線管廊沿德平路布置，起于武九鐵路，止于團結大道，全長約2.98公里。平面分布如圖1所示。

　　1.2 項目特點及需求

　　本項目是武漢市城建重點工程，也是武漢市市級直管的第一個綜合管廊工程，系建設+運維全生命周期管理的管廊項目，采用傳統(tǒng)的管廊運維管理方式存在人力成本高、信息采集落后且分散、應急響應慢、運維管理水平低等弊端，對入廊管線及廊體本身構成一定的安全隱患，急需借助新興技術手段探索開發(fā)出一個綜合性運維管理平臺。通過前期的充分實踐調(diào)研，得到平臺主要需求為：

　　(1)結合物聯(lián)網(wǎng)、BIM+GIS等信息技術及管廊建設施工和運營維護過程中的需求，感測、分析、整合城市綜合管廊系統(tǒng)運行中各項關鍵信息;(2)基于智慧化、人性化、便捷物聯(lián)、高度信息安全的思路，綜合利用管廊智能化管理技術，實現(xiàn)對管廊的各類信息和運行狀態(tài)全方位的在線實時監(jiān)控和智能控制;(3)基于智能識別、大數(shù)據(jù)分析、深度學習、異構運算、可視化等先進技術，對管廊進行精細化管理和科學決策，大大提高管廊的管理效率、降低管廊的運維成本和風險。

　　2 平臺建設的總體目標及總體架構

　　2.1 總體目標

　　建設數(shù)字化智慧管廊運維平臺的總體目標：(1)為了降低運營成本投入，加快應急響應速度，減少事后扯皮現(xiàn)象發(fā)生;(2)將眾多單位的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一整合利用，打通數(shù)據(jù)通道，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準;(3)改善傳統(tǒng)巡檢手段，提升應急處置能力，提高運維管理的智能化水平。最終實現(xiàn)運維狀態(tài)實時監(jiān)控、預警減災防災、應急處置等功能齊全的數(shù)字化智慧管廊運維平臺。

　　2.2 總體架構

　　平臺的應用架構是平臺搭建的主要思路和方法，為了保證各個系統(tǒng)之間能實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，確保數(shù)據(jù)的一致性，避免出現(xiàn)信息孤島，需設計一個靈活的應用系統(tǒng)架構，既可以包容現(xiàn)有的應用又能滿足未來新的應用需求，使各個系統(tǒng)信息的高度集成，使得基于不同平臺、不同語言實現(xiàn)的應用系統(tǒng)能夠很好地進行信息交互，從而讓系統(tǒng)平臺變得更有彈性，能更快地響應業(yè)務需求[8]。數(shù)字化智慧管廊運維平臺以計算機技術、網(wǎng)絡技術、電氣控制技術、傳感器技術及機器人技術為基礎，采用基于組件的SOA平臺應用架構進行構建，主要包括物理層、數(shù)據(jù)層、應用層、展示層，如圖2所示。通過高度集成的數(shù)字化智慧管廊運維平臺實現(xiàn)對綜合管廊的綜合管理、實時控制、智能監(jiān)測;通過數(shù)字化智慧管廊運維平臺中的建筑信息模型(BIM)和3D地理信息系統(tǒng)(3D GIS)等手段對管廊及內(nèi)部管線進行可視化管理;通過引入管廊巡檢機器人配合自主滅火機器人完成對管廊內(nèi)環(huán)境、設備、管線的不間斷智能巡檢和應急火災處置，實現(xiàn)人工與機器的有效協(xié)同，實現(xiàn)24h不間斷監(jiān)控。

　　3 平臺關鍵技術

　　3.1 BIM+ GIS融合應用

　　管廊在設計、施工、運營維護等各個階段均使用BIM 技術和 GIS 技術，并將二者進行有機結合。通過此方式，將管廊全生命周期的數(shù)據(jù)資料進行集成和管理，為不同決策者在不同階段，不同需求提供數(shù)據(jù)和技術支持。GIS技術具有整體功能的作用，可以將綜合管廊內(nèi)的大量空間信息(如出線口以及特殊節(jié)點等地理位置、機電設備、控制設備等各專業(yè)相關設備的數(shù)量、類別、地理位置分布等)進行屬性掌握，實時監(jiān)控各種設備的運行狀態(tài)，高效的管理帶有地理信息復雜數(shù)據(jù)，為綜合管廊運營維護的輔助決策提供具有空間信息功能的依據(jù)。BIM 技術具有很強的呈現(xiàn)功能，將BIM呈現(xiàn)的管廊屬性賦予 GIS，可通過三維可視化的方式進行呈現(xiàn)，讓人有一種身臨其鏡的感覺，使運維管理方及管廊作業(yè)人員更好的對管廊地理空間進行認知。該模塊解決了基于空間位置的設施管理，通過對象一比一的復原，形成所見即所得的管理模式。

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